化工原理-流体阻力实验报告.docx

北京化工大学化工原理实验报告化工博 学宏 德实验名称： 流体阻力实验班级：化工1305班名：学号：序号：11同组人：宋雅楠、陈帆、陈骏设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSIII型-第4套实验日期： 2015-11-27一、实验摘要首先，本实验使用UPRSIII型第4套实验设备，通过测量不同流速下水流经 不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件 的雷诺数与摩擦系数曲线确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因 素，验证在湍流区内九与雷诺数Re和相对粗糙度的函数该实验结果可为管路 实际应用和工艺设计提供重要的参考结果，从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis关系式：九二0.3163；Re0.25 突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度二、 实验目的1、 掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：① 测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数② 测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数③ 测量层流直管的阻力，确定摩擦阻力系数2、 验证在湍流区内摩擦阻力系数九与雷诺数Re以及相对粗糙度的关系。

3、 将实验所得光滑管的九-Re曲线关系与Blasius方程相比较三、 实验原理1、 直管阻力不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用会产生摩 擦阻力(即直管阻力)；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的 速度和方向突然变化，会产生局部阻力由于分子的流动过程的运动机理十分复 杂，目前不能用理论方法来解决流体阻力的运算问题，必须通过实验研究来掌握 其规律为了减少实验的工作量、化简工作难度、同时使实验的结果具有普遍的 应用意义，应采用基于实验基础的量纲分析法来对直管阻力进行测量利用量纲分析的方法，结合实际工作经验，流体流动阻力与流体的性质、流 体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关可表示为：Ap = f (d, l, e , p,比u )通过一系列的数学过程推导，引入以下几个无量纲数群：dupRe =①雷诺数：ld ；③长径比：d整理得到：Ap(九=①Re,—I d丿ApU2为直管阻力系数，则有 p d其中，令阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得，上式改写为H =AP =九丄 x U2 f p d 21)(式中Hf——直管阻力(J/kg), 1——被测管长(m), d ——被测管内径(m),u —平均流速(m/s),九一直管中的摩擦阻力系数。

)根据机械能衡算方程，实验测量J：gz + p + 仔 + H = gz + 昱 + U2 + H1 p 2 e 2 p 2/ 、P U 2 gz +T + —V 1 p 2 丿=g Az +AP + 如 + H p 2 e2)对于水平无变径直管道，结合式(1)与式(2)可得摩擦系数：=2d• Ap九 p -1 - U 2测量当流体在管径为d的圆形管中流动时选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面的压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力通过改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样便能得到某一相对粗糙度下的九-Re关系其中，经过大量实验后人们发现：1、2、层流圆直管(Re<2000)： X=9 (Re)即九=64/Re湍流水力学光滑管(Re>4000)：九=0.3163/Re0.25湍流普通直管(4000

对于任意一种流体，其直管摩擦系 数九仅与Re和有关因此只要在实验室的小规模装置上利用水作实验物系，进 行有限量的实验，就可以确定九与Re和的关系，从而计算任意流体在管路中的 流动阻力损失，这些结论就可以推广到工业生产实际中去2、局部阻力流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流 体质点间产生剧烈的碰撞，所形成的阻力称为局部阻力局部阻力通常以当量长 度法或局部阻力系数法表示本实验中采用局部阻力系数法① 当量长度法：流体通过阀门或管件的局部阻力损失，若与流体流过一定长 度的相同管径的直管阻力相当，则称这一直管长度为管件或阀门的当量长度，用 符号le表示在管路计算时，可求出管路与阀门的当量长度之和如所计算ee 的管路长度为1，则流体在管路中流动的总阻力损失为：1 + U 2h _ X - e - f d 2② 局部阻力系数法：流体通过某一件阀门或管件的阻力损失用流体在管路中 的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法，即h _级 _g te p 2对于不同的阀门和管径变化，有着不同的局部阻力系数局部阻力系数的大 小归结为一个表中见表 2 表2局部阻力系数与局部结构关系（Re>4000）结构突扩管截止阀球阀G =(1 - A j A)21 2g =常数g =常数在本实验中，由于管道是水平布置，则局部阻力系数计算式化简为：2 （p - p ）g= （无变径）和g= 1- B——（有变径）pu 2 u 21（式中，Pl、p2分别为上下游截面压强差，U1、u2为两个管径内的平均流 速，P——流体密度）0^0»四、实验流程和设备图 1 流体阻力实验带控制点工艺流程1-水箱；2-水泵；3-涡轮流量计；4-主管路切换阀；5-层流管；6-截止 阀；7-球阀；8-不锈钢管；9-镀锌钢管；10-突扩管；11-流量调节阀（闸 阀）12-层流管流量阀（针阀）13-变频仪实验介质：水（循环使用） 研究对象：不锈钢管， l=l.500m,d=0.02lm;镀锌管， l=l.500m,d=0.02lm;突扩管， ll=0.020m,dl=0.0l6,l2=0.280m,d2=0.042;截止阀， DN20,d=0.02lm; 球阀， DN20,d=0.02lm; 层流管， l=l.500m,d=0.003m;仪器仪表：涡轮流量计，LWGY-25型，0.6〜10m3/h，精确度等级0.5； 温度计，Ptl00,0〜200°C，精度等级0.2压差传感器，WNK3051型，-20〜100kPa,精度等级0.2 显示仪表： AI-708 等，精度等级 0.l。

变频仪：西门子 MM420 型其他：计算机数据采集和处理，380VAC+220VAC五、实验操作1、准备工作及通用操作：1、开泵打开各管路的切换阀门，关闭流量调节阀，按变频仪上绿色按钮 启动泵，固定转速(f=50Hz),观察到泵出口表压力为0.2MPA左右时即可开始实 验2、 排气排尽整个系统的气体，包括设备主管和测压管线中的气体具体 步骤为：全开压差传感器排气阀，打开流量调节阀 11 数十秒钟后再关闭，这时 流量为零，等待一段时间，观察压差传感器指示读数是否为0(+0.05kPa),否则， 要重新排气对于测压管线排气：打开全部测压阀、压差传感器排气阀，查看Ap孔板 再次打开传感器排气阀，10秒后关闭，重复多次至零点不变，记录Ap孔板3、 实验测取数据打开镀锌管管路的切换阀和测压管线上的切换阀，其余 管路的切换阀和测压管线上的切换阀都关闭流量由大到小，测取数据4、 测量球阀和截止阀数据的方法同上2、 不锈钢管实验：1、 打开传感排气阀并记录 AP2、 打开不锈钢管测量管路切换阀，测压阀3、 打开流量调节阀从小到大调节流量， 3.5m3/h 以上通过变频器调节，记录 数据3、 镀锌管实验：1、 打开传感排气阀并记录 AP。

2、 打开镀锌管测量管路切换阀，测压阀关闭其他切换阀、测压阀3、 打开流量调节阀从小到大调节流量， 3.5m3/h 以上通过变频器调节，记录 数据4、 球阀、截止阀实验：1、 打开传感排气阀并记录 AP2、 打开球阀、截止阀测量管路切换阀关闭其他切换阀、测压阀3、 打开球阀两端的测压阀4、 打开流量调节阀从小到大调节流量， 3.5m3/h 以上通过变频器调节，记录数据5、关闭球阀两端测压阀，开启截止阀两端测压阀，重复上述过程，记录数 据5、层流管实验：1、 打开传感排气阀并记录APO2、 降低水泵频率3、 闭其他切换阀、测压阀全开层流管流量阀4、 调节层流管路出口阀，改变管路压降，用量桶测量一定时间内流出的液 体量，并记录其重量6、结束实验：关闭全部阀门，通过变频器关泵，关闭控制柜切断电源，整理实验数 据，清理实验台六、实验数据表格及计算举例沃 -Jr-后# Arvi枳弋 *件丄|二t二^AP0/kPal/md/ms/mm1、湍流一不锈钢吕数据表0.001.5000.02150.02序号水流量qv/m3・h-i管路压降Jp/kPa水温度t/°c水密度 p/kg・m-3水粘度 p/Pa・s水流速 u/m・s-1雷诺数Re摩擦系数XXblasius10.600.3920.0996.30.0010200.67136610.0250.02920.800.5720.0996.30.0010200.84172820.0230.02831.001.0020.0996.30.0010201.12230420.0220.02641.301.2820.0996.30.0010201.31268280.0210.02551.601.7220.0996.30.0010201.60329180.0190.02362.002.5620.0996.30.0010202.01411470.0180.02272.503.8720.0996.30.0010202.45501990.0180.02183.006.0820.0996.30.0010203.17650120.0170.02094.009.3020.0996.30.0010204.04827880.0160.019105.0012.8520.0。